MAX31855热电偶芯片的中文翻译.docx

MAX31855热电偶芯片的中文翻译.docx

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MAX31855热电偶芯片的中文翻译

MAX3855冷端补偿热电偶至数字输出转换器

概述

MAX31855具有冷端补偿，将K、J、N、T或E型热电偶信号转换成数字量（如果使用S和R型热电偶，请联系工厂）。

器件输出14位带符号数据，通过SPITM兼容接口、以只读格式输出。

转换器的温度分辨率为℃，最高温度读数为+1800℃，最低温度读数为-270℃，对于K型热电偶，温度范围为-200℃至+700℃，保持±2℃精度。

对于整个量程范围的精度及其它类型的热电偶，请参考ThermalCharacteristics规格。

应用

工业电器设备HVAC汽车

特性

S冷端补偿

S14位、℃分辨率

S提供K、J、N、T和E型热电偶器件版本（如果使用S和R型热电偶，请联系工厂）（见表1）

S简单的SPI兼容接口（只读）

S检测热电偶对GND或VCC短路

S检测热电偶开路

典型应用电路

SPI是Motorola，Inc.的商标。

对于价格，供货及订购信息，请联络Maxim在2，或访问Maxim的网站。

绝对最大额定值范围

电源电压范围（VCC和GND）..................to+

所有其他引脚............................................到（VCC+）

连续功率耗散（TA=+70℃）

SO（减免℃以上+70℃）.......................

ESD保护（所有引脚，人体模型）.............±2000kV

工作温度范围........................-40℃至+125°C

连接点温度.....................................................+150°C

存储温度范围..........................-65℃至+150°

清除温度（焊接，10秒）................................+300℃

焊接温度（回流）.....................................+260℃

强调超出“绝对最大额定值”，即可能对器件造成永久性损坏。

这些压力额定值只是说明这些设备的正常功能操作，而超出了这些规范的情况，业务部门没有说明。

长期工作在绝对最大额定值条件下可能会影响器件的可靠性。

封装的散热特性（注1）

SO

结点至环境热阻（BJA）........170℃/W

结点到外壳热阻（BJC）...............40℃/W

注1：

使用在JEDEC规范JESD51-7记载的方法，采用了四层板获得封装的热阻。

有关热封装注意事项的详细信息，请参阅。

推荐工作条件

（TA=-40°C至+125°C，除非另有说明。

）

参数

符号

 条件

最小典型最大

单位

电源电压

VCC

（注2）

V

输入逻辑0

VIL

+

V

输入逻辑1

VIH

VCC+

V

直流电流特性

（PVCC，TA=-40°C至+125°C，除非另有说明。

）

参数

符号

条件

最小典型最大

单位

电源电流

ICC

9001500

uA

热电偶输入偏置电流

TA=-40℃至+125℃，100mV的跨越热电偶输入

-100+100

nA

上电复位电压阈

Vpor

（注3）

2

V

电源抑制

℃/V

上电复位电压迟滞

V

输出高电压

VOH

IOUT=

VCC-

V

输出低电压

VOL

IOUT=

V

热特性

（PVCC，TA=-40°C至+125°C，除非另有说明。

）（注4）

参数

符号

条件

最小典型最大

单位

MAX31855K热电偶温度增益和偏移误差（℃标称灵敏度）（注4）

T=-200℃至+700℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-2+2

℃

T=+700℃至+1350℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-4+4

T=-200℃至+1350℃，

Ta=-40℃至+125°C（注3）

-6+6

MAX31855J热电偶温度增益和偏移误差（℃标称灵敏度）（注4）

T=-40℃至+750℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-2+2

℃

T=-40℃至+750℃，

Ta=-20℃至+125°C（注3）

-4+4

MAX31855N热电偶温度增益和偏移误差（℃标称灵敏度）（注4）

T=-200℃至+700℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-2+2

℃

T=-+700℃至+1300℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-4+4

T=-200℃至+1300℃，

Ta=-40℃至+125°C（注3）

-6+6

MAX31855T热电偶温度增益和偏移误差（℃标称灵敏度）（注4）

T=-250℃至+400℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-2+2

℃

T=-250℃至+400℃，

Ta=-40℃至+125°C（注3）

-4+4

MAX31855E热电偶温度增益和偏移误差（℃标称灵敏度）（注4）

T=-40℃至+700℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-2+2

℃

T=+700℃至+900℃，

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-3+3

T=-200℃至+900℃，

Ta=-40℃至+125°C（注3）

-5+5

热电偶温度数据解析

℃

内部冷端温度误差

Ta=-20℃至+85°C（注3）

-2+2

℃

Ta=-40℃至+125°C（注3）

-3+3

冷端温度数据解析

Ta=-40℃至+125°C

℃

温度转换时间（热电偶，冷端，故障检测）

tCONV

（注5）

70100

ms

热电偶转换上电时间

tCONV_PU

（注5）

200

ms

串行接口时序特性（见图1和图2）

参数

符号

条件

最小典型最大

单位

输入漏电流

ILEAK

（注7）

-1+1

µA

输入电容

CIN

8

PF

串行时钟频率

fSCL

5

MHz

SCK脉冲宽度高

tCH

100

ns

SCK脉冲宽度低

tCL

100

ns

SCK上升和下降时间

200

ns

CS下降到SCK上升

tCSS

100

ns

SCK到CS保持

100

ns

CS下降到输出使能

tDV

100

ns

CS上升到输出禁止

tTR

40

ns

SCK下降到输出数据有效

tDO

40

ns

CS非活动时间

（注3）

200

ns

注2：

所有电压参考GND。

进入集成电路电流指定正，并退出该IC的电流是负的。

注3：

由设计保证;未经生产测试。

注4：

不包括冷端温度误差或热电偶非线性。

注5：

规格为100％，在TA=+25℃测试。

在温度（TA=TMIN到TMAX）规格限制是通过设计和特性保证;未经生产测试。

注6：

由于热电偶温度转换开始在VPOR，取决于VCC摆率，第一热电偶温度转换可能不会产生一个准确的结果。

因此，在VCC高于或CCMIN更大，以保证有效的热电偶温度转换结果需要的TCONV_PU规范。

注7：

对于除T+和T-所有引脚（见DC电气特性表中的热电偶输入偏置电流参数）。

串行接口图

图1.串行接口协议

图2.串行接口时序

典型工作特性（VCC=+，TO=+25℃，除非另有说明。

）

引脚配置

关键特性

包含评估K型热电偶所需的所有电路

评估板硬件由USB供电（包括USB电缆）、WindowsXP®、WindowsVista®以及Windows®7操作系统兼容软件USBHID接口

图形用户界面（GUI）仅包括一个.EXE文件，第二个通道可方便用于评估其它类型热电偶，符合RoHS标准。

引脚说明

引脚

名称

功能

1

GND

地

2

T-

热电偶输入，请勿连接至GND

3

T+

热电偶输入

4

VCC

电源电压

5

SCK

串行时钟输入

6

CS

低电平有效片选。

CS置为低电平时，使能串口

7

SO

串行数据输出

8

D℃

不连接

MAX31855为热电偶至数字输出转换器，内置14位模/数转换器（ADC）。

器件带有冷端补偿检测和修正、数字控制器、SPI兼容接口，以及相关的控制逻辑，在温度控制器、过程控制或监测系统中设计用于配合外部微控制器（μC）工作。

提供多个版本的器件，每个版本针对特定的热电偶类型（K、J、N、T或E型）。

MAX31855评估板

提供必要的硬件和软件（GUI），用于评估MAX31855冷端补偿热电偶至数字输出转换器。

MAX31855评估板PCB已安装MAX31855KASA+，该器件为K型热电偶版本的MAX31855。

购买所需要的热电偶、热电偶插座以及相应的MAX31855，也可利用该评估板评估其它类型的热电偶。

根据您所需要的热电偶类型，可联系工厂申请相应的MAX31855免费样品。

关于其它类型热电偶的更多信息以及器件型号列表，请参考完整数据资料的评估其它类型热电偶部分。

框图

详细说明

MAX31855为热电偶至数字输出转换器，内置14位模/数转换器（ADC）。

器件带有冷端补偿检测修正、数字控制器、SPI兼容接口，以及相关的控制逻辑，在温度控制器、过程控制或监测系统中设计用于配合外部微控制器（µC）工作。

提供多个版本的器件，每个版本针对特定的热电偶类型（K、J、N、T或E型，如果使用S和R型，请联系工厂）进行优化和调整。

热电偶类型以器件型号后缀表示（例如MAX31855K），型号选择请参见定购信息表。

温度转换

器件包括信号调理硬件电路，将热电偶信号调整到与ADC输入通道相匹配的电压。

T+和T-输入连接到内部电路，可减小热电偶引线引入的噪声误差。

将热电偶电压转换为等效的温度值之前，需要补偿热电偶冷端（器件环境温度）与0℃实际参考值的差异。

对于K型热电偶，电压按照大约41µV/℃的规律变化，按以下线性方程式逼近热电偶特性：

式中，VOUT为热电偶输出电压（µV），TR为远端热电偶结温（℃），TAMB为器件温度（℃）。

其它类型的热电偶采用类似的直线逼近，但增益不同。

注意，MAX31855假定温度和电压之间为线性关系。

由于所有热电偶都呈现一定的非线性，应对器件输出数据进行适当修正。

冷端补偿

热电偶的功能是检测热电偶引线两端的温度差。

可以读取热电偶“热”端在整个工作温度范围（表1）内的读数。

参考端或“冷”端（应与器件所在的电路板温度相同）的温度范围为-55℃至+125℃。

冷端温度波动时，器件仍可准确检测另一端的温度差。

器件通过冷端补偿对参考端的温度变化进行检测和修正。

首先测量内部管芯温度，该温度应与参考端的温度相同；然后测量热电偶参考端的输出电压，并将其转换为补偿之前的热电偶温度值。

将该值叠加到器件的管芯温度，计算得到热电偶的“热端”温度。

注意，“热端”温度也可能低于冷端（或参考端）温度。

热电偶冷端与器件温度相同时，器件具有最佳性能。

避免将发热设备或热源靠近MAX31855，否则会产生冷端误差。

转换功能

在温度转换时间tCONV内，器件执行三项操作：

内部冷端温度转换、外部热电偶温度转换和热电偶故障检测。

对内部冷端补偿电路进行温度转换时，断开外部热电偶信号（开关S4），连接到冷端补偿电路（开关S5）。

T-保持与内部参考地的连接（开关S3闭合），断开故障检测电路（开关S1和S2）。

对外部热电偶进行温度转换时，断开内部故障检测电路（方框图中的开关S1和S2），断开冷端补偿电路（开关S5）。

内部地参考端保持连接（开关S3），闭合与ADC的连接通路（开关S4）。

允许ADC处理T+和T-两端的检测电压。

故障检测期间，断开外部热电偶以及冷端补偿电路与ADC的连接（开关S4和S5），断开T-端的内部参考地连接（开关S3），接通内部故障检测电路（开关S1和S2）。

故障检测电路测试T+和T-输入与VCC或GND的短路状况，以及热电偶开路故障。

输出数据的D0、D1和D2位常规条件下为低电平。

D2位为高电平表示热电偶短路至VCC，D1位为高电平表示热电偶短路至GND，D0位为高电平表示热电偶开路。

如果存在任何一种故障，SO输出数据的D16位（正常条件下为低电平）也变为高电平，表示发生故障。

串口

典型应用电路所示为器件与微控制器的连接。

本例中，器件处理来自热电偶的读数，并通过串口发送数据。

驱动CS为低电平，并在SCK端施加时钟信号，从SO读取结果。

器件始终在后台执行转换，只有CS为高电平时才能更新故障状态和温度数据。

驱动CS为低电平时，SO引脚将输出第一位数据。

通过串口读取完整的冷端补偿热电偶温度，需要14个时钟周期。

读取热电偶和参考端温度需要32个时钟周期（表2和表3）。

在时钟下降沿读取输出位。

第一位D31为热电偶温度符号位。

D[30:

18]位包含温度转换数据，顺序为MSB至LSB。

D16位正常状态下为低电平，热电偶输入开路或对GND或VCC短路时变为高电平。

参考端温度数据从D15开始。

输出转换数据时，CS任何时候均可变为高电平。

图1和图2所示为串口时序和序列，表2和表3所示为SO输出位加权和功能。

表2.存储器映射—位加权和功能

14位热电偶温度数据

RES

故障位

12位内部温度数据

RES

SCV位

SCG位

OC位

位

D31

D30

…

D18

D17

D16

D15

D14

…

D4

D3

D2

D1

D0

值

标识

1024℃

…

℃

保留的

1=故障

标志

64℃

…

℃

保留的

1=短到VCC

1=短到GND

1=开路

表3.存储器映射—说明

位

名称

描述

D[31:

18]

14位热电偶温度数据

这些位包含已标识的14位热电偶温度值。

见表4。

D17

RES

此位总是读0。

D16

故障位

该位为1的时候读取任何SCV，SC，或OC故障的活跃。

默认值为0。

D[15:

4]

12位内部温度数据

这些位包含参比端温度的标识12位值。

见表5。

D3

RES

此位总是读0。

D2

SCV故障

他的位是1时，热电偶被短路至VCC。

默认值为0。

D1

SCG故障

他的位是1时,热电偶被短路至GND。

默认值为0。

D0

OC故障

他的位是1时，热电偶开路时。

默认值为0。

表4.热电偶温度数据格式

温度（℃）

数字输出（D[31:

18]）

+

01100100000000

+

00111110100000

+

00000110010011

+

00000001100100

00000000000000

11111111111111

11111111111100

11110000011000

注意：

实际温度范围随热电偶类型而变化。

表5.参考端温度数据格式

温度（℃）

数字输出（D[15:

4]）

+

011111110000

+

011001001001

+

000110010000

000000000000

111111111111

111111110000

111011000000

110010010000

MAX3855冷端补偿热电偶至数字输出转换器

应用信息

噪声

由于涉及到小信号处理，热电偶温度测量很容易受电源耦合噪声的影响。

在靠近器件VCC引脚的位置安装µF陶瓷旁路电容，旁路至GND，将电源噪声的影响降至最低。

输入放大器为低噪声放大器，该放大器可以对输入进行高精度检测。

确保热电偶和连接线远离电气噪声源。

热考虑

有些应用中，自身发热会影响器件的温度测量精度。

温度误差的数量级取决于器件封装的导热特性、安装工艺及气流影响。

采用大面积地可改善器件的温度测量精度。

也可通过以下预防措施改善热电偶系统的精度：

•确保测量区域的热量不扩散的情况下采用尽可能粗的导线。

•如果必须使用细导线，仅在测量区域使用，在没有温度梯度的区域使用延长线。

•避免机械应力和振动，这会对导线造成应力。

•热电偶引线较长时，使用双绞线对延长线。

•避免陡峭的温度梯度。

•尽量使用在其温度额定值以内的热电偶引线。

•恶劣环境下采用适当的屏蔽材料，保护热电偶引线。

•仅在低温及小梯度区域使用延长线。

•保存事件记录，并连续记录热电偶的电阻。

定购信息

部分

热电偶类型

实测温度范围

引脚封装

MAX31855KASA+

K

-200℃to+1350℃

8SO

MAX31855KASA+T

K

-200℃to+1350℃

8SO

MAX31855JASA+

J

-40℃to+750℃

8SO

MAX31855JASA+T

J

-40℃to+750℃

8SO

MAX31855NASA+

N

-200℃to+1300℃

8SO

MAX31855NASA+T

N

-200℃to+1300℃

8SO

MAX31855SASA+*

S

+50℃to+1600℃

8SO

MAX31855SASA+T*

S

+50℃to+1600℃

8SO

MAX31855TASA+

T

-250℃to+400℃

8SO

MAX31855TASA+T

T

-250℃to+400℃

8SO

MAX31855EASA+

E

-40℃to+900℃

8SO

MAX31855EASA+T

E

-40℃to+900℃

8SO

MAX31855RASA+*

R

-50℃to+1770℃

8SO

MAX31855RASA+T*

R

-50℃to+1770℃

8SO

注：

所有器件均可工作在-40℃至+125℃温度范围。

+表示无铅（Pb）/符合RoHS标准的封装。

T=卷带包装。

*未来产品—供货状况请联系工厂。

封装信息

如需最近的封装信息和焊盘布局（外形尺寸），请查询。

请注意，封装编码中的“+”、“#”或“-”仅表示RoHS状态。

封装图中可能包含不同的尾缀字符，但封装图只与封装有关，与RoHS状态无关。

封装类型

封装编码

封装图编号

焊盘布局编号

8SO

S8+4

21-0041

90-0096

修订历史

修订号

修订日期

说明

修改页

0

3/11

最初版本。

—

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